《優雅老化的大腦守則》:為什麼人要睡覺?這些洞見對年老的大腦有重要關聯

《優雅老化的大腦守則》:為什麼人要睡覺?這些洞見對年老的大腦有重要關聯
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我們想讓你知道的是

電流的輸出改變了,分泌調整節律的荷爾蒙的能力消失了,上視神經叉核中產生節律的基因展現下降了。這些對睡眠和清醒都有可測量到的效應,尤其是褪黑激素和皮質醇的濃度。研究者認為這些改變對整個身體有廣泛的影響,最主要當然是影響你的一夜好眠,這是為什麼祖母無法一覺到天亮而孫子可以的原因。

老化就跟自然的風化一樣,不論你的訊息是儲存在磁帶裡,或是儲存大腦的認知歷程中,都會受到自然風化的損壞。而睡眠的歷程也不能免疫。簡單的說,睡眠歷程也會退化,就像是你大腦中的 VHS錄影帶一樣,你的睡眠也變得破碎了。

尤其慢波睡眠在你年老後會減少。在你二十幾歲時,你晚上大約花百分之二十的時間徜徉在療癒的慢波中,讓它修補你的身體。但是到你七十歲時,你的慢波睡眠只剩下百分之九,而處理記憶、清除垃圾都得在慢波睡眠時進行,你就了解睡眠的必要性了。

為了說明睡眠的改變,我舉一個典型的夜晚休息為例,比較兩個人的睡眠,一個年輕、一個年老。

假設一個慈祥的祖母和她二十歲的孫子諾亞,都在晚上十一點鐘上床睡覺。十分鐘以後,孫子順利地進入非速眼動睡眠,在午夜十二點以前已經悠游於慢波之中了。

祖母也做同樣的事,但歷程就沒有這麼平順。她一樣由淺入深地睡覺,但是在進入第二階段的非速眼動睡眠時,她突然好像從睡眠的波浪中起來換氣,在晚上十一點半左右醒了過來。現在她要重新入睡。她也在午夜之前到達了慢波睡眠,但是跟諾亞不同的是,她在慢波睡眠停留得不久,十二點半時她又醒來了,又得重新入睡。她像乒乓球一樣,往返整夜,最後一次到達慢波睡眠約是凌晨兩點半,假如她真的有到的話。她的經驗叫做碎片睡眠(sleep fragmentation)。諾亞就不一樣了,他很平順的經過了四到五次的非速眼動/速眼動睡眠週期,在慢波的海洋裡愉快地游了四次,一覺睡到天亮。

又是什麼因素控制著諾亞和他祖母的睡眠經驗呢?要說明這一點,我得帶你去科羅拉多州(Colorado)的波德(Boulder)走一遭。

控制全世界的小鐘

在科羅拉多州的群山中,埋著一個小小的機器,它的摧毀力比世界上所有的核子彈綜合起來還更強,假如這項科技停止運作,人類文明將會變成人質。警察、消防和緊急救護的溝通系統會突然中斷;供電系統會失去同步性,然後超載,造成全世界的災難性停電;華爾街和全球金融部門會突然動彈不得,好像癲癇發作一樣;高速市場交易會凍停在數字燈上;衛星通訊會中斷,導致飛機飛到一半不知身在何處,假如你在用手機的衛星導航開車的話,你也會不知道你在何處。不過無所謂,反正電話本來就不通了,你的手機也只能拿來玩之前下載的《憤怒鳥》。整個文明會像瘸了瞎了似地停擺。

什麼樣的毀滅儀器有可能讓現代人類經驗付出這麼大的贖金?這答案似乎平淡無奇,埋在科羅拉多山中的是一個小鐘,驅動它的引擎只有一個原子的大小,這個東西叫做NIST-F2,是世界上最準確的原子鐘(atomic clock)。它利用銫(cesium)原子內部的天然振動來決定什麼是「秒」,全世界大多數的基礎設施都要和它同步,只要它無恙,世界文明就可以蓬勃發展。這個強大的計時器要三億年才會誤差一秒。

你的大腦內部也深埋著一個小小的神經組織,只有兩萬個神經元而已,叫做上視神經叉核(suprachiasmatic nucleus, SCN,又稱視交叉上核),位在你眼睛後方幾英寸的地方,掌管著你身體的心律調節器,相當於掌管著人類文明的銫原子鐘。它是透過電流的輸出、荷爾蒙的分泌和基因展現的型態來決定它的天然節律,而且是可以測量得到的。這些細胞的節律本能之強,強到你可以把它們從大腦中抽出,放在培養皿中,它們還是會依二十四小時的週期有節律地跳動。它們控制著科學家稱之為人身體的晝夜系統(circadian system)。

而它就是為什麼你不能像過去一樣睡個好覺的原因。

這個晝夜系統就像一個故步自封的獨裁者一樣獨立運作,然而它的行程卻是可以改變的——這是我們有一點點能力可以控制睡眠的原因。上視神經叉核直接從眼睛接受白天的訊息,透過視網膜投射(retinal projection)感應光線,能幫助上視神經叉核調整自己的節律和地球自轉同步。接著上視神經叉核用這些資訊使你在晚上昏昏欲睡、白天維持清醒。(這個功能不是控制睡眠的唯一因素,身體的核心體溫等等也很重要。上視神經叉核也不是只有控制睡眠,壓力荷爾蒙皮質醇也受到嚴格的晝夜節律控制,消化也是。這是因身體各處還有許多其他的生理次時鐘〔sub-clock〕,它們會跟上視神經叉核相互聯繫,以達到節律的同步,就像你的手機會跟銫原子鐘同步一樣。)

那麼,上視神經叉核如何控制睡眠呢?這個才華洋溢的神經結跟大腦很多區域都有互動,包括腦幹(brain stem),這是產生睡眠週期最重要的地方。上視神經叉核透過荷爾蒙如退黑激素(melatonin,又稱褪黑激素)來調節人體的生理時鐘。

這個荷爾蒙並不是由上視神經叉核所製造,而是由位於它後面幾英寸、豌豆大小的松果體(pineal gland)所製造。晚上的時候,上視神經叉核會把松果體的開關打開,褪黑激素就流到血液中,一整夜在血液中循環,直到第二天早上九點左右濃度才大為降低。

失去你的節律

為什麼當我們年紀大了,睡眠會從平順變成碎片?研究者發現老化的大腦有幾個有趣的變化,都跟晝夜節律(circadian rhythm)有關,而且大部分跟上視神經叉核有關。